JP2929155B2

JP2929155B2 - ダイヤフラム型変換器に使用するひずみゲージ

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Publication number: JP2929155B2
Application number: JP24026093A
Authority: JP
Inventors: 博之及川
Original assignee: KYOWA DENGYO KK
Current assignee: KYOWA DENGYO KK
Priority date: 1993-09-02
Filing date: 1993-09-02
Publication date: 1999-08-03
Anticipated expiration: 2014-08-03
Also published as: JPH0772028A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、起歪ダイヤフラムを使
用する機器、例えば圧力変換器、荷重変換器、加速度変
換器等のダイヤフラム型変換器に使用するひずみゲージ
の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば起歪ダイヤフラムを使用する圧力
変換器としては、例えば図１４に示すような構造のもの
が知られている。この圧力変換器は、圧力検出対象物と
しての機器、容器、管路等に結合固定され、検出対象物
から圧力媒体としての気体、液体等の流体を導入するた
めの導入部１を具えた構成となっている。

【０００３】この導入部１は、その中心部に流体の通過
する貫通孔１ａを有すると共にその一端部の外周面に雄
ねじ部１ｂが形成され、しかも、他端部には雄ねじ部１
ｂに対して段差を有するほぼフランジ状の大径部１ｃと
して構成されている。

【０００４】２はこの大径部１ｃの外周を覆う外筒部
で、その一端側は、図において左側に突出する筒状をな
し、しかも、この突出領域の中間部には、中空部分の一
端を閉塞するような状態で一体的に形成された起歪ダイ
ヤフラム２ａを有するように構成されている。この外筒
部２は、一端側の端面が導入部１の大径部１ｃの左側立
ち上り面とほぼ同一平面をなすように溶接等の手段によ
り導入部１に固着されるように構成されている。

【０００５】３は起歪ダイヤフラム２ａの図において右
側の面（背面側）に、例えば接着剤で添着されたひずみ
ゲージ、４は外筒部２の右側の内端面に取り付けられた
中継基板で、ひずみゲージ３と電気的に接続されてい
る。

【０００６】５はその一端部が外筒部２の右側外端部に
溶接等の手段により固着されたケース、６は中継基板４
に電気的に接続されてひずみゲージ３からの変換信号
（電気信号）を外部に引き出すための防水コネクタで、
その一端部がケース５の他端部に嵌入されるように構成
されている。７はこの防水コネクタ６をシール用のＯリ
ング８を挟んでケース５に着脱可能に固定するための固
定金具である。

【０００７】このように構成された圧力変換器では、圧
力検出対象物から導入部１の貫通孔１ａを経て外筒部２
の中空部分内に導かれた流体の圧力が起歪ダイヤフラム
２ａを変形させ、このとき生じるひずみをひずみゲージ
３で検出すると共に、中継基板４および防水コネクタ６
を介して印加圧力に対応した変換信号出力を外部に導き
出すことになる。

【０００８】ところで、この圧力変換器を圧力検出対象
物に取り付けるときには、図１５に示すように、圧力変
換器またはこれに接続された圧力導出管路の取り付け個
所（外囲壁）９と導入部１の大径部１ｃの左側立ち上り
面（外筒部２の左端面を含む）との間に、銅等で作られ
たガスケット１０を介挿すると共に、圧力変換器または
圧力導出管路の取り付け個所９に設けられた雌ねじ部に
導入部１の雄ねじ部１ｂを螺合させ、且つ、雄ねじ部１
ｂで締め付けることにより固定するようにしているが、
このような方法においてガスケット１０によるシール効
果を高めるには、金属製であるガスケット１０を可成り
の締め付けトルクによって締め付けなければならない。

【０００９】そのため、この締め付け力に起因して、図
１５（若干誇張した図示法になっている）に示すような
曲げモーメントＭが発生することになり、この曲げモー
メントＭが、外筒部２を図１５のような形に変形させ、
さらには、起歪ダイヤフラム２ａをも変形させることに
なる。

【００１０】しかも、このときの締め付けに起因して生
じる外力は、導入部１の大径部１ｃおよび起歪ダイヤフ
ラム２ａに対してそれぞれの全周に均一に加わるもので
はなく、また、そのときの取り付け個所９と導入部１と
の間における当接状態（当り方）も一定にはならないか
ら起歪ダイヤフラム２ａは不規則に変形する。そして、
このように起歪ダイヤフラム２ａが変形することによっ
てひずみゲージ３の変換信号出力に零点変動という現象
を惹き起すことになる。

【００１１】この場合、導入部１に予め厚肉の大径部１
ｃを形成し、この大径部１ｃの剛性によって或る程度以
上の外筒部２の変形を阻止することができるが、このと
きの阻止効果は、導入部１の大径部１ｃと外筒部２との
嵌合間隙Ｇが小さいほど大きくなるが、嵌合部である限
り、実際問題として嵌合間隙Ｇを完全に零にすることは
できない相談であるから、固定時の締め付け力による起
歪ダイヤフラム２ａの変形現象は避けられない問題とし
て対処しなければならない。

【００１２】しかも、圧力変換器に加わる振動や周囲の
温度変化によっても、取り付け個所９と導入部１との当
接状態や起歪ダイヤフラム２ａの外力による変形状態に
微妙な影響が加わるから、この問題についても対処しな
ければならない。

【００１３】これは単に圧力変換器だけに特有な問題で
はなく、起歪ダイヤフラム（図１４の２ａ）と圧力変換
器または圧力導出管路の取り付け個所（図１５の９）と
が比較的近い位置に設けられている他のダイヤフラム型
変換器の場合にも共通する問題である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ひずみゲージのパターンの決定過程では、例えば圧力、
荷重、加速度等の測定対象物理量だけがダイヤフラムに
加わったときに最適の変換出力が得られるように設計さ
れていたため、前述したような測定対象以外の外力が加
わった場合には、この外力の大きさに応じた零点変動が
生じるという欠点があり、また、外力により零点変動の
あるものは、外力の経時変化、振動による変化、温度変
化、取り外し再取り付けによる変化がそのまま零点変動
となって表れるという欠点があった。

【００１５】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、前述した測定対象以外の外力が加わった場合
でも高い精度でひずみ検出のできるダイヤフラム型変換
器に使用するひずみゲージを提供することを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】

【００１７】本発明は、上記の目的を達成するために、
ダイヤフラム型変換器の起歪ダイヤフラムに形成するひ
ずみゲージにおいて、前記起歪ダイヤフラムの中心領域
に発生するひずみを検出するための中心部パターン片
を、前記起歪ダイヤフラムの軸中心点に近接した領域で
且つ前記軸中心点を中心とした所定の扇形角度の領域
に、中心部パターン片のグリッドが前記軸中心点に対し
て円周方向に向うように構成すると共に、前記起歪ダイ
ヤフラムの周辺領域に発生するひずみを検出するための
周辺部パターン片を、前記起歪ダイヤフラムの周辺領域
で且つ前記軸中心点を中心として前記中心部パターン片
に係る扇形角度と同一の角度から成る扇形角度の領域
に、この周辺部パターン片のグリッドが前記軸中心点に
対して円周方向に向うように構成して、これら中心部パ
ターン片と周辺部パターン片とによりゲージパターンを
形成し、この２種類のパターン片をそれぞれホイートス
トーンブリッジ回路の隣り合う辺に電気的に接続するよ
うにして、前記起歪ダイヤフラムに測定対象以外の外力
が加わったときに、この外力に起因して生じる零点変動
を補正し得るように構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１８】また、本発明は、上記の目的を達成するた
めに、ダイヤフラム型変換器の起歪ダイヤフラムに形成
するひずみゲージにおいて、前記起歪ダイヤフラムの中
心領域に発生するひずみを検出するための中心部パター
ン片を、前記起歪ダイヤフラムの軸中心点に近接した領
域で且つ前記軸中心点を中心とした所定の扇形角度の領
域に、中心部パターン片のグリッドが前記軸中心点に対
して円周方向に向うように構成すると共に、前記起歪ダ
イヤフラムの周辺領域に発生するひずみを検出するため
の周辺部パターン片を、前記中心部パターン片の軸方向
と９０度ずれた軸方向に位置する前記起歪ダイヤフラム
の周辺領域で、且つ、前記軸中心点を中心として前記中
心部パターン片に係る扇形角度と同一の角度から成る扇
形角度の領域に、この周辺部パターン片のグリッドが前
記軸中心点から半径方向に向うように構成して、これら
中心部パターン片と周辺部パターン片とによりゲージパ
ターンを形成し、この２種類のパターン片をそれぞれホ
イートストーンブリッジ回路の隣り合う辺に電気的に接
続するようにして、前記起歪ダイヤフラムに測定対象以
外の外力が加わったときに、この外力に起因して生じる
零点変動を補正し得るように構成したことを特徴とする
ものである。

【００１９】さらにまた、本発明は、上記の目的を達成
するために、ダイヤフラム型変換器の起歪ダイヤフラム
に形成するひずみゲージにおいて、前記起歪ダイヤフラ
ムの中心領域に発生するひずみを検出するための中心部
パターン片を、前記起歪ダイヤフラムの軸中心点に近接
した領域で且つ前記軸中心点を中心とした所定の扇形角
度の領域に、中心部パターン片のグリッドが前記軸中心
点から半径方向に向うように構成すると共に、前記起歪
ダイヤフラムの表面または裏面の周辺領域に発生するひ
ずみを検出するための周辺部パターン片を、前記中心部
パターン片の軸方向と９０度ずれた軸方向に位置する前
記起歪ダイヤフラムの周辺領域で、且つ、前記軸中心点
を中心として前記中心部パターン片に係る扇形角度と同
一の角度から成る扇形角度の領域に、この周辺部パター
ン片のグリッドが前記軸中心点に対して円周方向に向う
ように構成して、これら中心部パターン片と周辺部パタ
ーン片とによりゲージパターンを形成し、この２種類の
パターン片をそれぞれホイートストーンブリッジ回路の
隣り合う辺に電気的に接続するようにして、前記起歪ダ
イヤフラムに測定対象以外の外力が加わったときに、こ
の外力に起因して生じる零点変動を補正し得るように構
成したことを特徴とするものである。

【００２０】

【作用】上記のように構成された本発明のひずみゲージ
は、中心部パターン片と周辺部パターン片とをもってゲ
ージパターンを構成すると共に、この２種類のパターン
片を、起歪ダイヤフラムに測定対象以外の外力が加わっ
たときに、この２種類のパターン片にそれぞれ発生する
外力起因のひずみが互いに相殺されるような形状、配置
を具えた２種類のパターン片として構成し、さらに、こ
の２種類のパターン片をそれぞれホイートストーンブリ
ッジ回路の隣り合う辺に電気的に接続して、外力に起因
して生じる零点変動を補正し得るようになしたものであ
る。

【００２１】

【実施例】先ず、実施例の説明に先立って、起歪ダイヤ
フラムに測定対象以外の外力が加わったときに、従来の
ゲージパターンを具えたひずみゲージに発生する応力へ
の影響について説明する。

【００２２】図１６に示すゲージパターンは、ひずみゲ
ージの軸中心点Ｏに近接した中心部領域において、パタ
ーン片の中心軸が軸中心点Ｏに位置し且つ軸中心点Ｏを
挟んで上下方向（図上）に対称的に配置された２つの中
心部パターン片１１_-1、１１_-2と、ひずみゲージの周辺
領域において、パターン片の中心軸が軸中心点Ｏに位置
し且つ軸中心点Ｏを挟んで左右方向（図上）に対称的に
配置された２つの周辺部パターン片１２_-1、１２_-2とか
ら構成された、例えば金属箔製のゲージパターンであ
る。

【００２３】この場合、４つのパターン片１１_-1〜１２
_-2のグリッドは、いずれも半径方向（ｒ方向）を向くよ
うに構成されている。

【００２４】そして、このようなゲージパターンを持つ
ひずみゲージが、図１４に示すような構造のダイヤフラ
ム型変換器の起歪ダイヤフラム２ａの右側の面に添着さ
れている場合には、２つの中心部パターン片１１_-1、１
１_-2は、起歪ダイヤフラム２ａの中心部分に発生するテ
ンション現象に起因したひずみを検出するパターン片と
して構成され、また、２つの周辺部パターン片１２_-1、
１２_-2は、起歪ダイヤフラム２ａの周辺部分に生じるコ
ンプレッション現象に起因したひずみを検出するパター
ン片として構成されることになる。

【００２５】また、図１６において上側の中心部パター
ン片１１_-1は、その一端が第１ゲージタブＴ₁ に、他端
が第２ゲージタブＴ₂ に、それぞれ電気的に接続され、
下側の中心部パターン片１１_-1、１１_-2は、その一端が
第３ゲージタブＴ₃ に他端が第４ゲージタブＴ₄ にそれ
ぞれ電気的に接続され、さらに、右側の周辺部パターン
片１２_-1は、その一端が第２ゲージタブＴ₂ に他端が第
３ゲージタブＴ₃ にそれぞれ電気的に接続され、左側の
周辺部パターン片１２_-2は、その一端が第１ゲージタブ
Ｔ₁ に他端が第４ゲージタブＴ₄ にそれぞれ電気的に接
続されて、それ自体公知のホィートストンブリッジ回路
を形成するように構成されている。

【００２６】今、説明を分り易くするために、図１６の
ゲージパターンを持つひずみゲージが、図６および図７
に示すような平板状の起歪ダイヤフラムＤの上面に添着
され、この平板状の起歪ダイヤフラムＤに横方向から或
る外力Ｆが加わったものと想定する。

【００２７】この場合、図１６の２つの中心部パターン
片１１_-1、１１_-2に生じる応力を一方の中心部パターン
片１１_-1の中央部ａ₁ （中心部パターン片１１_-1におい
て最も顕著に応力が発生する部分）での応力をもって代
表させ、また、２つの周辺部パターン片１２_-1、１２_-2
に生じる応力を一方の周辺部パターン片１２_-1の中央部
ｃ₂ （周辺部パターン片１２_-1において最も顕著に応力
が発生する部分）での応力をもって代表させて考えるも
のとする。

【００２８】さて、ひずみゲージが添着された状態のダ
イヤフラムＤに外力（および反力）Ｆが加わると、各パ
ターン片１１_-1〜１２_-2のグリッドが、いずれも半径方
向を向いている関係で、中心部パターン片１１_-1にはテ
ンション現象が作用して、その中央部ａ₁ での応力が、
図１１に示すように正の符号を持つようになる。一方、
周辺部パターン片１２_-1ではコンプレッション現象が働
いてその中央部ｃ₂ の応力が負の符号を持つようにな
る。

【００２９】そのため、このようなゲージパターンで
は、中心部パターン片１１_-1で検出した正常状態のテン
ション応力に外力に係るテンション応力が加わり、周辺
部パターン片１２_-1で検出した正常状態のコンプレッシ
ョン応力に外力に係るコンプレッション応力が加わるこ
とになって、両中央部ａ₁ 、ｃ₂ の間の応力差σ_ra1 −
σ_rc2 が大きくなる。その結果、ひずみゲージからの出
力は、この値にほぼ比例したものとなって零点変動が大
きく出力されることになる。

【００３０】このような現象は、図１７に示すようなゲ
ージパターンの場合でも、また、グリッドが応力に対し
て無秩序な方向に向いた図１８および図１９に示すゲー
ジパターンでも同様であるから、このようなゲージパタ
ーンを持つひずみゲージでは、いずれも零点変動が大き
く出力されることになる。なお、図１６〜図１８の場合
は、金属箔ひずみゲージであり、図１９の場合は、半導
体（主にバルク型と蒸着型）のひずみゲージである。

【００３１】以下、参考例および本発明のダイヤフラム
型変換器に使用するひずみゲージに係る具体例について
その構成および作用を説明するが、各具体例とも、２つ
の中心部パターン片と２つの周辺部パターン片とを具え
ているケースで説明する。

【００３２】図１に示すのは、本発明をなす過程で案出
された第１の具体例であり、特に権利付与を求めないも
のであるが、以下の第２具体例〜第４具体例を理解する
上で参考となる参考例としての第１具体例に係る金属箔
ひずみゲージのゲージパターンを示す平面図で、起歪ダ
イヤフラムの中心領域に位置するパターン片の中心軸
と、周辺領域に位置するパターン片の中心軸とが同一方
向を向いている場合の具体例である。

【００３３】図１において、２１_-1および２１_-2は、起
歪ダイヤフラム２ａの表面中心領域に発生する例えば、
紙面の裏側方向から圧力が印加される場合、テンション
ひずみを検出するための右側および左側の中心部パター
ン片で、例えば図１４に示す起歪ダイヤフラム２ａの表
面（図１４の右側面）において、起歪ダイヤフラム２ａ
の軸中心点Ｏに近接した領域であって、図の横軸方向
（同一方向）に向って軸中心点Ｏを中心とした対称的な
扇形角度ψ₁ の領域にそれぞれ形成されている。

【００３４】２２_-1および２２_-2は、起歪ダイヤフラム
２ａの表面中心領域に発生する、例えばコンプレッショ
ンひずみを検出するための右側および左側の周辺部パタ
ーン片で、前述した２つの中心部パターン片２１_-1、２
１_-2より外側の周辺領域であって、図の横軸方向（同一
方向）に向って軸中心点Ｏを中心とした対称的な扇形角
度ψ₁ の領域にそれぞれ形成されている。すなわち、２
つの中心部パターン片２１_-1、２１_-2と２つの周辺部パ
ターン片２２_-1、２２_-2とが同軸（図の横軸）上に位置
するように配置されている。

【００３５】この場合、４つのパターン片２１_-1〜２２
_-2のグリッドがいずれも軸中心点Ｏから半径方向に延び
るように形成されている。そして、これら４つのパター
ン片２１_-1〜２２_-2をもって金属箔製のゲージパターン
を構成している。

【００３６】また、このゲージパターンにおいても、右
側の中心部パターン片２１_-1の一端は第３ゲージタブＴ
₃ に他端は第４ゲージタブＴ₄ にそれぞれ電気的に接続
され、また、左側の中心部パターン片２１_-2の一端は第
１ゲージタブＴ₁ に他端は第４ゲージタブＴ₄ にそれぞ
れ電気的に接続されている。

【００３７】また、右側の周辺部パターン片２２_-1の一
端は第２ゲージタブＴ₂ に他端は第３ゲージタブＴ₃ に
それぞれ電気的に接続され、さらに、左側の周辺部パタ
ーン片２２_-2の一端は第１のゲージタブＴ_-1に他端は第
４ゲージタブＴ₄ にそれぞれ電気的に接続されて、それ
自体公知のホイートストーンブリッジ回路を形成するよ
うに構成されている。

【００３８】さて、このようなゲージパターンを持つひ
ずみゲージが上面に添着された起歪ダイヤフラム２ａ
に、図の横方向から外力（反力）Ｆが加えられたとす
る。この場合、従来例の説明の場合のように、起歪ダイ
ヤフラム２ａが図６および図７に示すような平板状のダ
イヤフラムＤから構成され、さらに、２つの中心部パタ
ーン片２１_-1、２１_-2に生じる応力を右側の中心部パタ
ーン片２１_-1の中央部ｃ₁ の応力で代表させ、また、２
つの周辺部パターン片２２_-1、２２_-2に生じる応力を右
側の周辺部パターン片２２_-1の中央部ｃ₂ で代表させて
考えるものとする。

【００３９】このようなゲージパターンでは、各パター
ン片２１_-1〜２２_-2のグリッドがそれぞれ半径方向を向
いている関係で、横方向からの外力Ｆが加えられると、
中心部パターン片２１_-1および周辺部パターン片２２_-1
には、いずれもコンプレッション現象が作用して、両方
の中央部ｃ₁ 、ｃ₂ での応力は、図１１に示すようにい
ずれも負の符号を持つことになる。

【００４０】そのため、ひずみゲージの出力は、両中央
部ｃ₁ 、ｃ₂ の間の応力差σ_rc1 −σ_rc2 にほぼ比例す
ることになって相殺されることになり、その結果、零点
変動が小さいものとなる。

【００４１】図３に示すのは、半導体型ゲージパターン
を用いた本発明の第２具体例であるが、この場合も、中
心部パターン片３１_-1、３１_-2と周辺部パターン片３２
_-1、３２_-2は、それぞれの軸方向がいずれも同一方向に
なるように、且つ、軸中心点Ｏに対してそれぞれ対称的
に配置され、しかも、４つのパターン片３１_-1〜３２_-2
のグリッドがいずれも半径方向を向くように配置されて
いるので、図１の具体例の場合と同様に、ひずみゲージ
の出力は、両中央部ｃ₁ 、ｃ₂ の間の応力差σ_rc1 −σ
_rc2 （コンプレッション応力）にほぼ比例することにな
って零点変動が小さいものとなる。

【００４２】図４に示すのは、半導体型ゲージパターン
を用いた本発明の第３具体例で、中心部パターン片４１
_-1、４１_-2と周辺部パターン片４２_-1、４２_-2は、それ
ぞれの軸方向がいずれも同一方向になるように、且つ、
軸中心点Ｏに対してそれぞれ対称的な扇形角度ψ₂ の範
囲に配置されている。但し、４つのパターン片４１_-1〜
４２_-2のグリッドは、第１および第２具体例とは異なっ
ていずれも円周方向（θ方向）を向くように配置されて
いる。

【００４３】この第３具体例のゲージパターンに横方向
の外力Ｆが加わると、各パターン片４１_-1〜４２_-2のグ
リッドがいずれも円周方向を向いている関係で、その応
力差σ_rc1 −σ_rc2 は、テンション応力の差となるが、
ひずみゲージの出力は、図１の場合と同様に、両中央部
ｃ₁ 、ｃ₂ の間の応力差σ_rc1 −σ_rc2 にほぼ比例する
ことになって零点変動が小さいものとなる。

【００４４】図５に示すのは、金属箔製ゲージパターン
を用いた本発明の第４具体例であるが、このゲージパタ
ーンは、軸中心点Ｏに対して対称的に配置された２つの
中心部パターン片５１_-1、５１_-2の軸方向と、同じく軸
中心点Ｏに対して対称的に配置された２つの周辺部パタ
ーン片５２_-1、５２_-2の軸方向とが、互いに９０度ずれ
るように配置された例である。

【００４５】この場合、２つの中心部パターン片５
１_-1、５１_-2は、いずれも扇形角度ψ₃を有する領域に
形成され、且つ、グリッドが円周方向を向くようなパタ
ーンに形成され、また、２つの周辺部パターン片５
２_-1、５２_-2は、中心部パターン片５１_-1、５１_-2と同
様にいずれも扇形角度ψ₃ を有する領域に形成され、且
つ、グリッドが半径方向を向くようなパターンに形成さ
れている。

【００４６】さて、第１〜第３具体例のときと同じよう
に、このゲージパターンに外力Ｆが加わると、一方（例
えば図の上側）の中心部パターン片５１_-1と一方（例え
ば図の右側）の周辺部パターン片５２_-1とに、それぞれ
外力Ｆに係るコンプレッション応力が加わることにな
る。

【００４７】そのため、ひずみゲージからの出力は、一
方の中心部パターン片５１_-1の中央部ａ₁ と一方の周辺
部パターン片５２_-1の中央部ｃ₂ との間の応力差σθ_a1
−σ_rc2 にほぼ比例したものとなり、その結果、両方の
パターン片５１_-1、５２_-1に加わった外力に係るコンプ
レッション応力が相殺されることになって、零点変動が
小さくなる。

【００４８】図１３は、図１０において外力Ｆの作用線
がａ線からｂ線を経てｃ線にまで移動したときの半径方
向に働く応力σ_r と円周方向に働く応力σθとを示した
応力説明図であるが、この図からも明らかなように、図
１に示すゲージパターンの中心部パターン片２１_-1、２
１_-2の端部並びに周辺部パターン片２２_-1、２２_-2の端
部に位置する個所（図１０の４５度方向のｂ線上）であ
っても、ひずみゲージからの出力がσ_r ψ_1/2 −σ_r ψ
_1/2 となって相殺されることが分る。

【００４９】なお、図５の具体例では、中心部パターン
片５１_-1のグリッドの方向を円周方向に沿った方向に設
定し、周辺部パターン片５２_-1のグリッドの方向を半径
方向に設定してあるが、このグリッドの方向関係を逆に
設定した場合でも、外力に起因するひずみゲージからの
出力が相殺されることになる。

【００５０】ところで、今迄の説明では、一方の中心部
パターン片の中央部と一方の周辺部パターン片の中央部
に発生する応力を代表例として説明しているが、加えら
れる外力または各パターン片が、各々の中央部から円周
方向に同じ角度ずれた場合であっても、同じ作用ないし
結果が得られることになる。

【００５１】また、今迄の説明では、各具体例とも、２
つの中心部パターン片と２つの周辺部パターン片とを具
えているケースで説明してあるが、中心部パターン片と
周辺部パターン片の設置数は、それぞれ１個でも、ま
た、それぞれ２個以上であってもよい。

【００５２】また、今迄の説明では、外力Ｆが起歪ダイ
ヤフラムＤの２点に加わる例で説明したが、３点または
それ以上の多点に外力Ｆが加わった場合でも、その作用
ないし効果は同じである。

【００５３】また、今迄の説明では、平板状の起歪ダイ
ヤフラムＤの外周に外力Ｆが加わった例を示したが、図
８および図９に示すような上底付きの円筒体Ｓの上面に
ひずみゲージを添着し、円筒体Ｓの下部近傍に外力Ｆが
加わった場合でも同様の作用ないし効果を生じる。

【００５４】さらに、今迄の説明では、ひずみゲージを
起歪ダイヤフラムの上面（表面）に添着した場合を例と
して説明しているが、ひずみゲージを起歪ダイヤフラム
の上面（裏面）に添着した場合でも同様の作用ないし効
果を生じる。なお、この場合には、起歪ダイヤフラムの
中心領域に発生するひずみがコンプレッションひずみと
なり、周辺領域に発生するひずみがテンションひずみと
なる。

【００５５】以上説明したように、本発明のひずみゲー
ジは、中心部パターン片と周辺部パターン片とをもって
ゲージパターンを構成すると共に、この２種類のパター
ン片を、起歪ダイヤフラムに測定対象以外の外力が加わ
ったときに、この２種類のパターン片にそれぞれ発生す
る外力に起因するひずみが互いに相殺されるような形
状、配置を具えた２種類のパターン片として構成し、さ
らに、この２種類のパターン片をそれぞれホイートスト
ーンブリッジ回路の隣り合う辺に電気的に接続して、外
力に起因して生じる零点変動を補正し得るように構成し
たものであり、より具体的には、中心部パターン片と周
辺部パターン片との形状、配置を、次のように設定した
ものである。

【００５６】（ａ）中心部パターン片と周辺部パターン
片とが、起歪ダイヤフラムの軸中心点Ｏに対して同じ角
度の広がりを持つように形成される。

【００５７】（ｂ）中心部パターン片のグリッドと周辺
部パターン片のグリッドとが、いずれも半径方向を向く
か、または、円周方向に沿う方向を向くように設定され
る。この場合には、中心部パターン片の軸方向と周辺部
パターン片の軸方向が同一方向に設定されることにな
る。

【００５８】（ｃ）中心部パターン片のグリッドと周辺
部パターン片のグリッドとが、互いに９０度ずれた方向
を向くように設定される。この場合には、中心部パター
ン片の軸方向と周辺部パターン片の軸方向とが互いに９
０度ずれた方向に設定されることになる。

【００５９】以上、図示実施例について説明したが、本
発明は、これに限定されるものではなく、その要旨を逸
脱しない範囲内で種々に変形実施することが可能であ
る。例えば本発明をフラッシュダイヤフラム型変換器に
適用することも可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係るひずみ
ゲージでは、測定対象以外の外力に起因して発生するひ
ずみゲージの零点変動を、中心部パターン片と周辺部パ
ターン片との形状、配置により補正し得るように構成し
たため、起歪ダイヤフラムの剛性を殆ど変形しない程大
きくする必要がなくなる。すなわち、起歪ダイヤフラム
の薄肉化を測ることができる。

【００６１】また、ひずみゲージの零点変動の補正を行
う際に、より緩やかな条件で実施することが可能になる
ため起歪体自体を特殊構造化する必要がなくなる。その
結果、設計の自由度が拡大することになる。

【００６２】また、従来構成のひずみゲージを用いた場
合には、起歪体の測定対象物への取り付け（据え付け）
に際して、起歪ダイヤフラムに対して無用な外力が加わ
らないようにする必要があったため、その取り付け作業
に高度の熟練を要したが、本発明のひずみゲージではそ
の必要がなくなる。

【００６３】さらに、本発明に係るひずみゲージでは、
外力による零点変動の補正を実施する際に、新規に部品
を追加したり特別な部品を必要としないので、構成が簡
単になるばかりではなく、コスト的にも有利になるとい
う効果をも奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の開発過程で案出された参考例としての
第１具体例に係る金属箔ひずみゲージのゲージパターン
を示す平面図で、起歪ダイヤフラムの中心部パターン片
の中心軸と周辺部パターン片の中心軸とが同一方向を向
いている場合の具体例を示す。

【図２】図１に示す第１具体例のゲージパターンに係る
ホイートストーンブリッジ回路図である。

【図３】本発明の第２具体例に係る金属箔ひずみゲージ
のゲージパターンを示す平面図で、第１具体例と同様
に、中心部パターン片の中心軸と周辺部パターン片の中
心軸とが同一方向を向いている場合の具体例を示す。

【図４】本発明の第３具体例に係る金属箔ひずみゲージ
のゲージパターンを示す平面図で、第１および第２具体
例と同様に、中心部パターン片の中心軸と周辺部パター
ン片の中心軸とが同一方向を向いている場合の具体例を
示す。

【図５】本発明の第４具体例に係る金属箔ひずみゲージ
のゲージパターンを示す平面図で、中心部パターン片の
中心軸と周辺部パターン片の中心軸とが互いに９０度の
角度ずれている場合の具体例を示す。

【図６】平板状の起歪ダイヤフラムに測定対象以外の外
力が加わった場合に、ひずみゲージの出力に対する外力
の影響を説明するための平面図である。

【図７】平板状の起歪ダイヤフラムに測定対象以外の外
力が加わった場合に、ひずみゲージの出力に対する外力
の影響を説明するための斜視図である。

【図８】上底付き円筒状の起歪ダイヤフラムに測定対象
以外の外力が加わった場合に、ひずみゲージの出力に対
する外力の影響を説明するための平面図である。

【図９】上底付き円筒状の起歪ダイヤフラムに測定対象
以外の外力が加わった場合に、ひずみゲージの出力に対
する外力の影響を説明するための斜視図である。

【図１０】平板状の起歪ダイヤフラムの外周の２点に加
わる外力の方向を説明するための応力説明図である。

【図１１】平板状の起歪ダイヤフラムの外周の２点に外
力Ｆが加わった場合に、起歪ダイヤフラムの表面（上
面）における半径方向の軸上に発生する応力が同一であ
ることを示す１つの応力説明図である。

【図１２】平板状の起歪ダイヤフラムの外周の２点に外
力Ｆが加わった場合に、起歪ダイヤフラムの表面（上
面）における半径方向の軸上に発生する応力が同一であ
ることを示す他の１つの応力説明図である。

【図１３】図１０において外力Ｆの作用線がａ線〜ｂ線
〜ｃ線と変化して行く場合における発生応力の変化を説
明する応力説明図である。

【図１４】ダイヤフラム型変換器の一例である従来の圧
力変換器の構造を示す縦断面図である。

【図１５】図１４に示す圧力変換器の起歪ダイヤフラム
に測定対象以外の外力が加わった際に、起歪ダイヤフラ
ムに生じる影響について説明するための説明図である。

【図１６】従来のひずみゲージに用いられているゲージ
パターンの１例を示す平面図である。

【図１７】従来のひずみゲージに用いられているゲージ
パターンの他の例を示す平面図である。

【図１８】従来のひずみゲージに用いられているゲージ
パターンのさらに他の例を示す平面図である。

【図１９】従来のひずみゲージに用いられているゲージ
パターンのさらに他の例を示す平面図である。

【符号の説明】

１導入部１ａ貫通孔１ｂ雄ねじ部１ｃ大径部２外筒部２ａ起歪ダイヤフラム３ひずみゲージ４中継基板５ケース６防水コネクタ７固定金具９取り付け個所１０ガスケットＧ嵌合間隙Ｄ起歪ダイヤフラムＯ軸中心点 ψ₁ 、ψ₂ 、ψ₃ 扇形角度Ｆ外力１１_-1、１１_-2、２１_-1、２１_-2、３１_-1、３１_-2、４
１_-1、４１_-2、５１_-1、５１_-2 中心部パターン片１２_-1、１２_-2、２２_-1、２２_-2、３２_-1、３２_-2、４
２_-1、４２_-2、５２_-1、５２_-2 周辺部パターン片ａ₁ 、ｃ₁ 、ｃ₂ 中央部Ｔ₁ 第１ゲージタブＴ₂ 第２ゲージタブＴ₃ 第３ゲージタブＴ₄ 第４ゲージタブ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ダイヤフラム型変換器の起歪ダイヤフラ
ムに形成するひずみゲージにおいて、前記起歪ダイヤフラムの中心領域に発生するひずみを検
出するための中心部パターン片を、前記起歪ダイヤフラ
ムの軸中心点に近接した領域で且つ前記軸中心点を中心
とした所定の扇形角度の領域に、中心部パターン片のグ
リッドが前記軸中心点に対して円周方向に向うように構
成すると共に、前記起歪ダイヤフラムの周辺領域に発生
するひずみを検出するための周辺部パターン片を、前記
起歪ダイヤフラムの周辺領域で且つ前記軸中心点を中心
として前記中心部パターン片に係る扇形角度と同一の角
度から成る扇形角度の領域に、この周辺部パターン片の
グリッドが前記軸中心点に対して円周方向に向うように
構成して、これら中心部パターン片と周辺部パターン片
とによりゲージパターンを形成し、この２種類のパター
ン片をそれぞれホイートストーンブリッジ回路の隣り合
う辺に電気的に接続するようにして、前記起歪ダイヤフ
ラムに測定対象以外の外力が加わったときに、この外力
に起因して生じる零点変動を補正し得るように構成した
ことを特徴とするひずみゲージ。
【請求項２】ダイヤフラム型変換器の起歪ダイヤフラ
ムに形成するひずみゲージにおいて、前記起歪ダイヤフラムの中心領域に発生するひずみを検
出するための中心部パターン片を、前記起歪ダイヤフラ
ムの軸中心点に近接した領域で且つ前記軸中心点を中心
とした所定の扇形角度の領域に、中心部パターン片のグ
リッドが前記軸中心点に対して円周方向に向うように構
成すると共に、前記起歪ダイヤフラムの周辺領域に発生
するひずみを検出するための周辺部パターン片を、前記
中心部パターン片の軸方向と９０度ずれた軸方向に位置
する前記起歪ダイヤフラムの周辺領域で、且つ、前記軸
中心点を中心として前記中心部パターン片に係る扇形角
度と同一の角度から成る扇形角度の領域に、この周辺部
パターン片のグリッドが前記軸中心点から半径方向に向
うように構成して、これら中心部パターン片と周辺部パ
ターン片とによりゲージパターンを形成し、この２種類
のパターン片をそれぞれホイートストーンブリッジ回路
の隣り合う辺に電気的に接続するようにして、前記起歪
ダイヤフラムに測定対象以外の外力が加わったときに、
この外力に起因して生じる零点変動を補正し得るように
構成したことを特徴とするひずみゲージ。
【請求項３】ダイヤフラム型変換器の起歪ダイヤフラ
ムに形成するひずみゲージにおいて、前記起歪ダイヤフラムの中心領域に発生するひずみを検
出するための中心部パターン片を、前記起歪ダイヤフラ
ムの軸中心点に近接した領域で且つ前記軸中心点を中心
とした所定の扇形角度の領域に、中心部パターン片のグ
リッドが前記軸中心点から半径方向に向うように構成す
ると共に、前記起歪ダイヤフラムの表面または裏面の周
辺領域に発生するひずみを検出するための周辺部パター
ン片を、前記中心部パターン片の軸方向と９０度ずれた
軸方向に位置する前記起歪ダイヤフラムの周辺領域で、
且つ、前記軸中心点を中心として前記中心部パターン片
に係る扇形角度と同一の角度から成る扇形角度の領域
に、この周辺部パターン片のグリッドが前記軸中心点に
対して円周方向に向うように構成して、これら中心部パ
ターン片と周辺部パターン片とによりゲージパターンを
形成し、この２種類のパターン片をそれぞれホイートス
トーンブリッジ回路の隣り合う辺に電気的に接続するよ
うにして、前記起歪ダイヤフラムに測定対象以外の外力
が加わったときに、この外力に起因して生じる零点変動
を補正し得るように構成したことを特徴とするひずみゲ
ージ。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載され
たひずみゲージにおいて、前記ゲージパターンを金属箔で構成すると共に、これを
前記起歪ダイヤフラムの表面または裏面に添着して成る
ことを特徴とするひずみゲージ。